本发明涉及一种波导圆极化器轴比的测量方法和装置，属于卫星通讯技术领域。
背景技术：
在数字通讯或雷达技术领域中，经常会使用波导圆极化器用于信号的转换和传输，而波导圆极化器的关键性能指标之一就是波导圆极化器的轴比。
传统的波导圆极化器轴比测量方法需要通过网络分析仪精密测量信号的幅度和相位差，即测量组成圆极化波的两个线极化波分量（垂直极化和水平极化）间的幅度和相位差，从而完成轴比的计算。或者将圆极化器安装于天线上，通过测试整体天线的轴比得到具体圆极化器的轴比。第一种方法由于需要精确测试两路信号的幅度和相位，因此测试时间长，对仪器和人员要求高，难以在大批量生产波导圆极化器时使用。第二种方法由于天线波束中心难以精确对准，开放式测试场地环境易受到干扰等，测试成本很高，同时也难以满足快速测量、检验和应用的需要。
如何改善这一情况，简化测量过程，缩短测量时间，提高测量精度，就成为本发明想要解决的问题。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种测量过程简单、明了，测量时间短，测试精度高的波导圆极化器轴比测量方法和装置，以保证测量质量，满足波导圆极化器实际测量、生产和使用需要。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种波导圆极化器轴比测量方法，具体步骤包括：
步骤1、选择标准波导圆极化器，标准波导圆极化器与待测波导圆极化器极化一致并且轴比小于待测波导圆极化器的三分之一。
步骤2、将信号源、第一同轴波导转换器、标准波导圆极化器、双极化衰减器、待测波导圆极化器、第二同轴波导转换器和频谱仪顺序信号连通，并将控制和分析用计算机连接在信号源和频谱仪之间，然后调整信号源和频谱仪的频率、带宽、功率等初始参数。
步骤3、通过计算机控制信号源发出规定幅度a1的检测信号，经第一同轴波导转换器、标准波导圆极化器、双极化衰减器、待测波导圆极化器、第二同轴波导转换器和频谱仪对信号进行顺序转换，最终形成反馈信号送回到计算机中，并在计算机内得出反馈信号幅度a2。
步骤4、调整标准波导圆极化器，使标准波导圆极化器与待测波导圆极化器极化方向相反。
步骤5、重复步骤3，进行反极化状态下规定幅度a1的检测信号发送和回收，得出反极化反馈信号幅度a3。
步骤6、利用计算机计算得出待测波导圆极化器的交叉极化隔离度，待测波导圆极化器的交叉极化隔离度为：r=a2-a3(db)；并根据交叉极化隔离度r与轴比ar的关系，计算得出待测波导圆极化器的轴比ar，即
所述双极化衰减器的衰减量在10-40db之间。
所述计算机通过串口、gpib或以太网的方式分别与信号源和频谱仪连通。
波导圆极化器轴比测量装置，包括信号源、第一同轴波导转换器、标准波导圆极化器、双极化衰减器、第二同轴波导转换器和频谱仪，以及连接在信号源和频谱仪之间的计算机。双极化衰减器包括管状的外壳和内筒，外壳表面靠近两侧端面的位置分别设有法兰，双极化衰减器通过两侧法兰分别与标准波导圆极化器和待测波导圆极化器相连接。双极化衰减器的内筒嵌套在管状外壳内，内筒波导分别与标准波导圆极化器和待测波导圆极化器的波导连通并且直径相同。信号源、第一同轴波导转换器、标准波导圆极化器、双极化衰减器、待测波导圆极化器、第二同轴波导转换器、频谱仪和计算机构成一个顺序连接的测试链路。
所述内筒厚度为信号源发出检测信号波长的1/4～1/6，内筒长度为信号源发出检测信号波长的0.5～1.5倍。
所述内筒的内壁为连续分布的锯齿状或阶梯状，锯齿或阶梯的周期为信号源发出检测信号波长的1/4～1/2，锯齿或阶梯的高度为信号源发出检测信号波长的1/16～1/12。
所述外壳为金属材料制成；所述内筒为含有碳粉的树脂材料制成。
所述计算机通过串口、gpib或以太网接口分别与信号源和频谱仪连通。
本发明所述的波导圆极化器轴比测量方法和装置的有益效果包括：
1、通过测量待测波导圆极化器与标准波导圆极化器之间的交叉极化隔离度，再通过公式自动换算出所需的轴比，大大缩短了测量时间，避免了对外界测试环境和测试条件的要求，无需进行精密的幅度相位测量和校准，也无须人工另外干预，使轴比测量平均时间小于30s；
2、利用双极化衰减器对测试过程中的同极或反极化圆极化波进行信号衰减，用以消除匹配和高次模的影响，提高了测量精度，精度优于0.2db；
3、信号源和频谱仪采用计算机控制，实现了数据自动采集和测试结果自动生成，大大提高了测量效率；
4、连续分布的锯齿状或阶梯状的内筒内壁，可形成较好的衰减信号，同时，对带外干扰信号还可形成一定的滤波效果，明显提高了测试结果的稳定性和准确性，确保了各种复杂环境下的可靠使用；
5、整个测量装置结构简单、使用方便、成本低，可在各种生产、研发、试验环节中推广使用。
附图说明
图1为本发明所述波导圆极化器轴比测量装置的同极化结构连接示意框图；
图2为本发明所述波导圆极化器轴比测量装置的反极化结构连接示意框图；
图3为本发明所述双极化衰减器的结构示意图。
具体实施方式
本发明所述的波导圆极化器轴比测量方法和装置，采用交叉极化隔离度测量原理，通过直接测量待测波导圆极化器在正反极化情况下的插损差值，即可得到待测波导圆极化器的交叉极化隔离度，通过公式换算得到所需待测波导圆极化器的轴比。为了保证在宽带情况下的测量准确性，测量时，待测波导圆极化器与标准波导圆极化器之间加入了双极化衰减器，用以消除匹配和高次模的影响。
下面结合附图1、图2对本发明所述的波导圆极化器轴比测量方法作进一步的详细描述：
本发明所述的波导圆极化器轴比测量方法，具体步骤包括：
步骤1、选择标准波导圆极化器，标准波导圆极化器与待测波导圆极化器极化一致并且轴比小于待测波导圆极化器的三分之一。
为得到待测波导圆极化器的交叉极化隔离度，本例中首先保持标准波导圆极化器的极化方向与待测波导圆极化器的极化方向一致，然后在后续步骤中再调整二者极化方向相反，从而完成测试过程。当然，本步骤中，也可先保持二者极化方向相反，然后再调整为极化方向相同。
步骤2、将信号源、第一同轴波导转换器、标准波导圆极化器、双极化衰减器、待测波导圆极化器、第二同轴波导转换器和频谱仪顺序信号连通，并将控制和分析用计算机连接在信号源和频谱仪之间，然后调整信号源和频谱仪的频率、带宽、功率等初始参数，完成前期设备准备。
其中，双极化衰减器的衰减量保持在10-40db之间，计算机通过以太网接口方式分别与信号源和频谱仪连通，计算机用于控制信号源发送所需幅度的检测信号，同时，经测试链路的转换从频谱仪中接收反馈信号，形成反馈幅度信息，完成全自动状态下的计算、测试过程。
步骤3、通过计算机控制信号源发出规定幅度a1的检测信号，经第一同轴波导转换器、标准波导圆极化器、双极化衰减器、待测波导圆极化器、第二同轴波导转换器和频谱仪对信号进行顺序转换，最终形成反馈信号送回到计算机中，并在计算机内得出反馈信号幅度a2。
本例中，信号源输出的a1(dbm)功率值的检测信号经第一同轴波导转换器转换为线极化波后，再经标准波导圆极化器转换为同极化圆极化波a1(dbm)，经双极化衰减器衰减后，形成衰减后（a1-l）(dbm)功率值的同极化圆极化波，再经待测波导圆极化器将同极化圆极化波转换为线极化波，通过第二同轴波导转换器转换为同轴信号输出到频谱仪中，最终在计算机中得出反馈信号幅度a2=(a1-l)(dbm)。
步骤4、调整标准波导圆极化器，使标准波导圆极化器与待测波导圆极化器极化方向相反。
具体调整方法，既可以直接将标准波导圆极化器整体旋转90度，也可根据标准波导圆极化器的结构特征，将其内部极化片旋转90度，从而完成调整过程。
步骤5、重复步骤3，进行反极化状态下规定幅度a1的检测信号发送和回收，得到反极化反馈信号幅度a3。
本例中，信号源依然输出a1(dbm)功率值的检测信号，经第一同轴波导转换器转换为线极化波后，再经标准波导圆极化器转换为反极化圆极化波a1(dbm)，经双极化衰减器衰减后，形成衰减后（a1-l）(dbm)功率值的反极化圆极化波，再经待测波导圆极化器将反极化圆极化波转换为线极化波，通过第二同轴波导转换器转换为同轴信号输出到频谱仪中，最终在计算机中得出反馈信号幅度a3=(a1-l-r)(dbm)。其中，反馈信号幅度a2与反馈信号幅度a3的差值，就是待测波导圆极化器的交叉极化隔离度值。
步骤6、利用计算机直接计算得出待测波导圆极化器的交叉极化隔离度r=a2-a3(db)，并根据交叉极化隔离度r与轴比ar的关系，计算得出待测波导圆极化器的轴比ar，即
下面结合附图1、图2、图3对本发明所述波导圆极化器轴比测量装置作进一步的描述：
本发明所述的波导圆极化器轴比测量装置，包括信号源、第一同轴波导转换器、标准波导圆极化器、双极化衰减器、第二同轴波导转换器和频谱仪，以及连接在信号源和频谱仪之间的计算机。测试时，标准波导圆极化器和待测波导圆极化器分别连接在双极化衰减器上，信号源、第一同轴波导转换器、标准波导圆极化器、双极化衰减器、待测波导圆极化器、第二同轴波导转换器、频谱仪和计算机共同构成一个顺序连接的测试链路。其中，计算机可通过串口、gpib或以太网方式分别与信号源和频谱仪连通。为保证测量过程顺利进行，本例中，标准波导圆极化器与待测波导圆极化器的极化方向首先采用相同方向链接，然后再进行相反方向的链接，以完成正反方向的测量。
为确保双极化测量过程，本例中，如图3所示，双极化衰减器包括管状的外壳3和内筒4，外壳3为金属材料制成，如铜、铁、铝、不锈钢材料等，内筒4为含有碳粉的树脂材料制成。外壳3表面靠近两侧端面的位置分别设有法兰5，标准波导圆极化器1和待测波导圆极化器2通过法兰5分别连接在双极化衰减器的两端，双极化衰减器的内筒4嵌套在管状外壳3内，内筒波导分别与标准波导圆极化器1和待测波导圆极化器2的波导连通并且直径相同。
为进一步提高检测效果，如图3所示，内筒4的厚度控制在信号源发出检测信号波长的1/4～1/6之间，内筒4的长度控制在信号源发出检测信号波长的0.5～1.5倍之间。本例中，内筒4厚度为信号源发出检测信号波长的1/5，内筒4长度为信号源发出检测信号波长的0.8倍。
为进一步形成较好的衰减信号，同时，还能对带外干扰信号形成一定的滤波效果，提高测试结果的稳定性和准确性，如图3所示，本例中，内筒4的内壁分布有连续的锯齿6，锯齿6的周期需控制在信号源发出检测信号波长的1/4～1/2之间，锯齿6的高度控制在信号源发出检测信号波长的1/16～1/12之间。具体的，锯齿6的周期为信号源发出检测信号波长的1/3，锯齿6的高度为信号源发出检测信号波长的1/15。当然，内壁也可为阶梯状的内壁，阶梯状内壁的周期和高度与锯齿状内壁的要求相同。
实施例一
以ka宽带卫星通信波导圆极化器轴比测量为例，待测波导圆极化器的工作频率为接收20ghz，发射30ghz，输出波导直径为11.264mm的圆波导，其轴比约为1db。标准波导圆极化器也为接收20ghz，发射30ghz的宽带波导圆极化器，其轴比<0.3db。根据波导传输理论，输出圆波导在发射频段中会存在高次模，在反极化测试时高次模的反射会严重影响测试精度（波动大于2db）。
为保证与待测波导圆极化器匹配，消除高次模的影响。测试中使用了双极化衰减器。双极化衰减器的外壳采用硬铝制成，内径为13.264mm，外径为18mm。内筒用吸波树脂材料制成，其内径为11.264mm，外径为13.264mm，长度为20mm，全频段即可达到良好的衰减效果（20～30ghz内衰减为12db～20db之间）。
信号源和频谱仪分别选用agilent的e8247c和n9030a，工作频率从10mhz～40ghz，覆盖波导圆极化器的工作频带。测试软件由labwindowscvi在win7系统下编写，与信号源和频谱仪的连接接口选用以太网接口。
测试时，首先通过计算机控制信号源输出0dbm、30ghz的检测信号，送到标准波导圆极化器的输入端，用频谱仪测试到待测波导圆极化器的输出信号幅度为-12dbm；然后，反极化连接，通过信号源输出0dbm、30ghz的检测信号，送到标准波导圆极化器的输入端，用频谱仪测试到待测波导圆极化器的输出信号幅度为-32dbm；最后，计算机根据交叉极化隔离度公式计算得到：r=20db，再根据轴比公式得到轴比ar=0.87db。
通过上述方式计算得出的轴比时间小于30s，精度优于0.2db，而通过传统的远场方法，由于测试前需要将天线精确对准信号源，测试时间一般为数个小时，由于为外部开放式测试，测试精度一般为1db。而通过传统的网络分析仪测试幅度相位方法进行测量时，则需要分别测量圆极化波的两个线极化分量的幅度和相位传输关系，由于涉及相位测量，因此需要测试前的精密校准，整体测试时间一般超过30分钟，对测试人员和设备要求较高，测试精度一般不超过0.5db。